微電子工藝之刻蝕技術(shù).ppt

1、第五章 刻蝕技術(shù)（圖形轉(zhuǎn)移）,定義：用光刻方法制成的微圖形，只給出了電路的行貌并，不是真正的器件結(jié)構(gòu)。因此，需將光刻膠上的微圖形轉(zhuǎn)移到膠下面的各層材料上去，這個工藝叫做刻蝕。 VLSI對圖形轉(zhuǎn)移的要求：保真度；選擇比；均勻性；清潔度。 保真度A：A=1|df dm| / 2h1Vl/Vv， Vl側(cè)向腐蝕速率，Vv 縱向腐蝕速率； A=0,各向同性刻蝕; A=1, 理想的各向異性刻蝕; 1A0 ，實(shí)際的各向異性刻蝕,第五章 刻蝕技術(shù)（圖形轉(zhuǎn)移）,選擇比 如SiO2的刻蝕中，對光刻膠和硅的腐蝕速率要很低，對SiO2的腐蝕速率要很高。,第五章 刻蝕技術(shù)（圖形轉(zhuǎn)移）,第五章 刻蝕技術(shù)（圖形轉(zhuǎn)移）,均勻

2、性：膜層厚度的不均勻與刻蝕速率的不均勻 圖形轉(zhuǎn)移尺寸的不均勻。 設(shè)：平均膜厚h，厚度變化因子， 0 1； 則：最厚處為h（1+），最薄處h（1-）； 設(shè)：平均刻蝕速率v，速度變化因子， 0 1； 則：最大為v(1+)，最小為v(1-)； 設(shè)：最厚處用最小刻速腐蝕, 時間為tM； 最薄處用最大刻速腐蝕, 時間為tm； 則: t M=h(1+)/v(1-)，t m= h(1-)/v(1+) 若腐蝕時間取tm，則厚膜部位未刻蝕盡； 腐蝕時間取tM，則部分過刻蝕.,第五章 刻蝕技術(shù)（圖形轉(zhuǎn)移）,清潔度： 腐蝕過程引入的玷污，即影響圖形轉(zhuǎn)移的質(zhì)量，又增加了腐蝕后清洗的復(fù)雜性和難度。 例如，重金屬玷污在接

3、觸孔部位，將使結(jié)漏電。,一、濕法刻蝕,定義:利用溶液與預(yù)刻蝕材料之間的化學(xué)反應(yīng)來去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而達(dá)到刻蝕目的。 步驟：1）反應(yīng)物擴(kuò)散到被刻蝕的材料表面； 2）反應(yīng)物與被刻蝕薄膜反應(yīng)； 3）反應(yīng)后的產(chǎn)物從刻蝕表面擴(kuò)散到溶液中，并 隨溶液被排出。 特點(diǎn)：各相同性腐蝕 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，成本低，產(chǎn)量高，具有很好的刻蝕選 擇比，重復(fù)性好。 缺點(diǎn)：鉆蝕嚴(yán)重，對圖形的控制性較差，難于獲得精細(xì) 圖形（刻蝕3m以上線條）。,一、濕法刻蝕,1.腐蝕SiO2 腐蝕劑：HF， SiO2+HFH2SiF6+H2O 緩沖劑：NH4F， NH4FNH3+HF 常用配方(KPR膠）：HF: NH4F: H2O=

4、3ml:6g:10ml (HF溶液濃度為48) 腐蝕溫度：3040，水浴。 T太低或太高都易浮膠或鉆蝕 腐蝕時間：由腐蝕速度和SiO2厚度決定。 t 太短：腐蝕不干凈。 t 太長：腐蝕液穿透膠膜產(chǎn)生浮膠；邊緣側(cè)蝕嚴(yán)重。,一、濕法刻蝕,2.腐蝕Al H3PO4: 2Al+6H3PO4=2Al(H2PO4)3+3H2 H2氣泡的消除：少量酒精或醋酸；超聲波或攪動。 KMnO4: KMnO4+Al NaOH KAlO2+MnO2 配方： KMnO4:NaOH:H2O=6g:10g:90ml 堿性溶液： 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2 配方： NaOH:H2O:甘油:酒精=5g:

5、8ml:3ml:6ml 甘油的作用：減弱NaOH的活潑性。 缺點(diǎn)：對膠膜有浸蝕，橫向腐蝕嚴(yán)重，Na污染。,一、濕法刻蝕,3.腐蝕Si3N4 腐蝕液：熱H3PO4，180,一、濕法刻蝕,4.腐蝕Si HNO3-HF-H2O(HAC)， Si+HNO3+HFH2SiF6+HNO2+H2O+H2 KOH-異丙醇 5.腐蝕poly-Si 腐蝕液：HF-HNO3 -HAC 6.腐蝕Au、Pt 腐蝕液王水： HNO3（發(fā)煙）:HCl=1:3（體積比） Au+HNO3+3HCl=AuCl3+NO+2H2O 3Pt+4HNO3+12HCl=3PtCl4+4NO+8H2O,一、濕法刻蝕,7.腐蝕PSG、BPSG

6、 氟化胺溶液(HF6%+NH4F30% ):冰醋酸=2:1 8.去膠 熱硫酸， SiO2表面 a. 濃H2SO4煮兩遍，去離子水沖凈。 b. 1號液（NH4OH:H2O2:H2O=1:2:5)煮，去離子水沖凈。 c.（H2SO4:H2O2=3:1)混合液浸泡。,一、濕法刻蝕,Al表面 a.二甲苯或丙酮浸泡，棉球擦除。 b.丙酮中水浴15分鐘。 c.發(fā)煙HNO3浸泡1分鐘。（保證Si片表面相當(dāng)干燥）,二、干法刻蝕,腐蝕劑：活性氣體，如等離子體。 特點(diǎn)：各向異性腐蝕強(qiáng)；分辨率高；刻蝕3m以下線 條。 1. 等離子體刻蝕化學(xué)性刻蝕 刻蝕氣體：CF4、BCl3、CCl4 刻蝕機(jī)理：等離子體活性基團(tuán)與被

7、刻蝕材料發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)。 CF4 RF CF3*、CF2* 、CF* 、F* BCl3 RF BCl3* 、BCl2* 、Cl*,二、干法刻蝕,刻蝕Si、SiO2、 Si3N4 刻蝕劑CF4 ； F*+SiSiF4 F*+SiO2 SiF4+O2 CF3*+SiO2 SiF4+CO+CO2 Si3N4F* SiF4+N2 刻蝕Al 刻蝕劑：BCl3、CCl4、CHCl3； Cl*+AlAlCl3 刻蝕難熔金屬及其硅化物：W,Mo,Cr,WSi2,Au,Pt等 刻蝕劑:CF4,SF6,C2Cl2F4,二、干法刻蝕,二、干法刻蝕,去膠 刻蝕劑：O2等離子體 刻蝕機(jī)理： O2 RF O2*、O* O*CXHXCO2+H2O+揮發(fā)性低分子 O2去膠： O2 CXHX 450550 CO2+H2O+揮發(fā)性低分子 2.反應(yīng)離子刻蝕（RIE） 刻蝕機(jī)理：等離子體活性基的化學(xué)反應(yīng)正離子轟擊的 物理濺射。 刻蝕劑：與等離子體刻蝕相同。 特點(diǎn)（與等離子體刻蝕相比）：腐蝕速度快，各向異性 強(qiáng)。,二、干法刻蝕,3.物理濺射刻蝕 刻蝕劑：惰性氣體等離子體，如Ar。 刻蝕機(jī)理：純物理濺射。 特點(diǎn)：各向異性腐蝕；易刻蝕難熔金屬及其硅化物； 選擇性差；損傷嚴(yán)重。 4.刻蝕的選擇比 例：刻蝕SiO2及Si CF4+O2：刻蝕速率增加 機(jī)理： CF4+O2F*+O*+COF*+COF2+CO+CO